cosmología cuántica

Newton nos regaló un mundo donde los cuerpos se mueven en el vacío y los relojes marcan el mismo ritmo para todos. Durante tres siglos, esta imagen funcionó a la perfección. Pero en ella hay muchos puntales invisibles: la posición absoluta, la dirección "arriba-abajo", un ritmo temporal único para todo el universo.

Los primeros tres minutos después del nacimiento del mundo son una cocina cósmica donde la naturaleza preparaba los núcleos atómicos más ligeros. La receta la dicta la gravedad: controla el ritmo de enfriamiento del caldo caliente de partículas.

Fotografiar las alas de un colibrí con una cámara normal es obtener una mancha borrosa. Para una imagen nítida, se toman muchas fotos rápidas desde diferentes ángulos y se ensamblan, así se crea una «instantánea» cuántica. En el laboratorio, los científicos «palpan» las oscilaciones de un diminuto espejo con un rayo láser.

La onda cuántica se asemeja a una fotografía de larga exposición: todo está borroso, pero es precisamente esa borrosidad la que muestra el movimiento. Normalmente, estas ondas congeladas se consideran una abstracción conveniente.

Desde pequeños nos acostumbramos a pensar que el espacio es infinito e isótropo. Pero Einstein y Lemaître ya se preguntaban: ¿no estará el Universo cerrado sobre sí mismo, como una cinta de Möbius o un toro tridimensional?

Un constructor no comprueba la resistencia de un arco repasando mentalmente todas sus formas posibles, sino desplazándolo ligeramente en su imaginación y viendo cuánta fuerza se gasta en ello. Así funciona aproximadamente el principio del trabajo virtual en mecánica.

Desde finales del siglo XX se sabe: la expansión del Universo se acelera — las galaxias se alejan cada vez más rápido. El descubrimiento valió el Premio Nobel para Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt.

Las interferencias cuánticas, como el siseo de una radio mal sintonizada, llenaban el Universo primitivo. Alan Guth demostró que la rapidísima expansión (inflación) hizo que estas ondulaciones se congelaran, generando grumos de materia, las semillas de las galaxias.

Durante casi un siglo, los cosmólogos se han enfrentado al enigma: ¿qué provoca que el Universo se expanda cada vez más rápido? La respuesta convencional — la energía oscura — genera una discrepancia colosal entre la densidad de vacío teórica y las observaciones. Pero existe otro camino que invierte la causalidad.

El fin del universo no es simplemente oscuridad. Si la energía oscura lo desgarra en pedazos o si se contrae de nuevo en un punto, como un Big Bang al revés, se produce una singularidad: el momento en que la física convencional falla. Durante mucho tiempo se creyó que en ese incendio cósmico todo desaparecía.

Lo primero que viene a la mente al pensar en el nacimiento del universo es una explosión. Pero la cosmología moderna pinta un cuadro más refinado: el nacimiento a través del cuello de una copa de vino.

La física a menudo se asemeja a la construcción de un barco gigante: el Universo. Los ingenieros-físicos aún no se han puesto de acuerdo sobre los planos básicos.

En física hay un dolor persistente. La relatividad general describe el origen del Universo como un punto — una singularidad donde las ecuaciones colapsan y el volumen se hace cero. La mecánica cuántica insinúa que en el momento más crítico algo no sucede como predice la física clásica.

El universo no tolera la monotonía. Hace un siglo, Edwin Hubble y Georges Lemaître nos regalaron una imagen elegante: un cosmos en expansión, liso como la superficie de un globo inflado.

El Universo es como un globo que se infla. La mecánica cuántica prohíbe medir con precisión al mismo tiempo cuán grande es y qué tan rápido se expande. Este principio impregna el cosmos: una nueva ecuación afirma que la expansión del Universo y su tamaño están ligados por una incertidumbre fundamental.

Una goma elástica que se estira en direcciones opuestas no se comporta como una hoja de papel entera. Si tiras de un extremo, la deformación no se propaga uniformemente, sino que parece retenerse en ciertas zonas.

Un globo se infla, pero con cada pulsación de la bomba, la goma no solo se estira: también altera ligeramente su elasticidad. De manera similar funciona la gravedad en el nuevo modelo: no como un escenario rígido para el espectáculo cósmico, sino como un material vivo que responde a cada partícula de materia.

El Universo es una telaraña gigantesca de materia oscura invisible y galaxias, estirada por la expansión del espacio. Los neutrinos — partículas fantasmales casi imperceptibles — apenas se adhieren a los hilos, pero su masa total cambia sutilmente la tensión de toda la red.

Todo comenzó con diminutos centelleos cuánticos sobre el lienzo primigenio. La inflación — la expansión vertiginosa propuesta por Alan Guth — estiró esas pinceladas hasta el tamaño de las galaxias.

Tratar de suprimir el ruido de fondo de una habitación añadiendo un sonido contrario se convierte en un aullido de los altavoces si hay un error en el circuito. Un fallo similar ocurrió con una teoría que pretendía eliminar el principal zumbido del cosmos: la inexplicablemente débil energía oscura.

En una habitación de hospital hay +40°C, en otra +10°C, y en promedio tenemos +25°C. Si la temperatura influyera de forma no lineal en algo —por ejemplo, en la tasa de reproducción de las bacterias—, el valor promedio daría un pronóstico incorrecto.

El universo se expande, y los científicos quieren saber a qué velocidad y de qué está hecho. Para ello comparan datos de explosiones estelares lejanas, ondas sonoras del universo temprano y el débil resplandor que quedó tras el Big Bang. Cada conjunto de datos es como una pieza de un mosaico, y hay que unirlas para obtener el panorama completo.

La luz de galaxias galaxias lejanas, al atravesar cúmulos de materia, se distorsiona, como el fondo de una piscina se fragmenta con las ondas del agua. Los astrónomos miden estas curvaturas apenas perceptibles de la forma y obtienen un mapa de las «ondulaciones» gravitacionales.

En el mundo que conocemos hay tres dimensiones espaciales. Sin embargo, la física teórica admite la existencia de direcciones adicionales, ocultas a la observación directa, compactificadas, es decir, enrolladas hasta tamaños microscópicos.

El Universo temprano estaba lejos de ser perfecto: algunas regiones se estiraban más rápido que otras, creando pliegues y distorsiones. Pero el rebote cuántico —la transición de contracción a expansión, causada por las leyes del micromundo— lo corrige todo.

El reloj de la pared de la cocina hace tictac, y cada tic nos aleja inexorablemente del desayuno hacia la comida. Es algo tan habitual que parece una ley de la naturaleza, pero la física dice otra cosa. En las ecuaciones de Einstein, el tiempo es reversible: se puede pasar la película hacia atrás y ningún fotograma delatará el truco.

De noche, un astrónomo apunta su telescopio al borde del universo visible y no ve estrellas, sino una ondulación: la huella de los primeros instantes. Sabe que esa ondulación debería obedecer a la estadística, como la estatura de la gente en una multitud. Pero solo tiene una multitud, y no hay con qué compararla.